Электрофлотационное извлечение высокодисперсного диоксида титана TiO2 из водных растворов электролитов

УДК

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА (TiO2) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

К-т техн. наук А. В. Колесников1 (email: artkoles@list.ru), аспирант Д. С. Савельев1 (email: savelevdd@gmail.com), д-р техн. наук В. А. Колесников1 (email: kolesnikov-tnv-i-ep@yandex.ru), магистрант Т. В. Давыдкова1 (email: tdavydkova@muctr.ru)

1 – Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И.Менделеева (Россия, Москва)

В статье исследовано электрофлотационное извлечение высокодисперсных частиц TiO2 и Ti(OH)4. Установлено, что в водных растворах электролитов при pH= 2-12 электрофлотация TiO2 протекает не эффективно, степень извлечения 10-15%. В присутствии ПАВ-25-30%, в присутствии коагулянта Fe+3- 90-95%. Электрофлотация Ti(OH)4  протекает эффективно, степень извлечения при рН=3 достигает 99%, время электрофлотации 5-10 минут, энергозатраты – 0,5кВ·ч/м3 раствора. При добавлении ПАВ степень извлечения достигает 98-99% при pH=2-3 и 80-90% при pH=8-9. Остаточная концентрация титана (IV) 0,5 мг/л.

Ключевые слова: электрофлотация, флокулянты, поверхностно-активные вещества, диоксид титана, дзета-потенциал, сточные воды, мутность, разделение.

In the article, the electroflotation extraction of highly dispersed TiO2 and Ti(OH)4 particles was investigated. It has been established that in electrolyte aqueous solutions at pH = 2-12, the electroflotation of TiO2 proceeds inefficiently, the extraction degree is 10-15%. In the presence of surfactant-25-30%, in the presence of coagulant Fe+3- 90-95%. Electroflotation of Ti(OH)4 proceeds efficiently, the recovery rate at pH = 3 reaches 99%, the electroflotation time is 5-10 minutes, the energy consumption is 0.5kV · h / m3 of solution. When the surfactant is added, the recovery reaches 98-99% at pH = 2-3 and 80-90% at pH = 8-9. The residual concentration of titanium (IV) is 0.5 mg / l. 

Key words: electroflotation, flocculants, surface-active substances, titanium dioxide, zeta potential, waste water, turbidity, separation.

Диоксид титана широко используется в производстве красок, эмалей, бумаги, полимерных композиций, функциональной керамики, а также при получении нерастворимых анодных материалов для электрохимических процессов [1]. Требования к оксидам титана постоянно растут, наибольший интерес представляют композиции суспензии водного раствора диоксида в присутствии поверхностно-активных веществ [2,3,4,5]. В связи с расширением применения диоксида титана, особенно частиц малых размеров, использование «золь-гель» технологий в технологических процессах образуются жидкие техногенные отходы содержащих коллоидно устойчивые композиции TiO2 в водных растворах электролита.

Известно, что оксиды и гидроксиды металлов, в том числе TiO2  являются коллоидно-устойчивыми системами в водных растворах, имеют малый размер частиц, трудно подвергаются процессам седиментации и фильтрации и часто являются источником загрязнений окружающей среды. [3, 6].

Как и все цветные тяжелые и редкоземельные металлы и их соединения являются токсичными. ПДК для оксида титана составляет 0,1 – 0,01 мг/л. Значения ПДК для других соединений титана 0,1 мг/л.

Для извлечения высокодисперсных частиц оксидов и гидроксидов применяют различные методы, такие как: седиментация, фильтрация, флотация, электрофлотация. [6].

В связи с этим разработка методов эффективного извлечения дисперсной фазы TiO2 является актуальной задачей. Традиционные методы седиментации, фильтрации и флотации для высокодисперсных частиц TiO2 не эффективны. Публикации по электрофлотационному извлечению TiO2 ограничены. Опубликована работа по флотационному извлечению TiO2 с применением реагента собирателя с концентрацией 100-300 мг/л в расчете на 1 г TiO2 [7].

Исследования, проведенные по электрофлотации оксидов и гидроксидов металлов [8, 9,10] показали, что наиболее эффективно процесс протекает для частиц дисперсной фазы со средним размером 10 – 100 мкм, имеющим небольшой положительный или нулевой заряд. (ζ-потенциал = 0 - +5мВ). При сильноотрицательно заряженных частицах процесс протекает менее эффективно.